本發明涉(she)(she)及(ji)(ji)紅(hong)外(wai)探測(ce)器，具體涉(she)(she)及(ji)(ji)一種集成(cheng)超透鏡的紅(hong)外(wai)探測(ce)器及(ji)(ji)其制作方(fang)法。

背景技術：

1、紅外探(tan)(tan)測器(qi)(qi)廣泛應用(yong)于感知(zhi)、測溫、成(cheng)(cheng)(cheng)像(xiang)(xiang)等領域中。目(mu)前，紅外探(tan)(tan)測器(qi)(qi)一(yi)般(ban)僅靠像(xiang)(xiang)元結構上的橋面膜層對紅外進(jin)行吸收，吸收率有限，且傳統的封(feng)裝形式(shi)是(shi)將(jiang)芯片(pian)與單獨的窗口(kou)一(yi)起進(jin)行陶瓷或(huo)者金屬封(feng)裝，集(ji)成(cheng)(cheng)(cheng)度低(di)，器(qi)(qi)件成(cheng)(cheng)(cheng)本高尺寸大，不利于低(di)成(cheng)(cheng)(cheng)本與小型化(hua)，而采用(yong)非(fei)(fei)晶(jing)硅、鍺和(he)硫化(hua)鋅等材料將(jiang)窗口(kou)與像(xiang)(xiang)元集(ji)成(cheng)(cheng)(cheng)進(jin)行像(xiang)(xiang)素級封(feng)裝，雖然(ran)能將(jiang)窗口(kou)與芯片(pian)集(ji)成(cheng)(cheng)(cheng)，但采用(yong)非(fei)(fei)晶(jing)硅形成(cheng)(cheng)(cheng)深腔(qiang)，存在封(feng)孔(kong)難，真(zhen)空度可靠性低(di)的問題。

技術實現思路

1、本發明的目的在(zai)于提供一種集成超(chao)透(tou)鏡(jing)的紅(hong)外探測(ce)器(qi)及其制作方(fang)法，能夠極大提高探測(ce)器(qi)紅(hong)外吸收率(lv)和真空(kong)度可靠性，同時(shi)使(shi)器(qi)件成本降低且尺寸減小。

2、為實現上(shang)述(shu)目的(de)(de)，本(ben)發明的(de)(de)技術方案為一種集成超透鏡的(de)(de)紅外探(tan)測(ce)器(qi)，包括基底以(yi)及蓋板(ban)(ban)，所(suo)述(shu)基底上(shang)設置有(you)多(duo)個mems像(xiang)(xiang)元(yuan)(yuan)結(jie)構，所(suo)述(shu)蓋板(ban)(ban)上(shang)設置有(you)多(duo)個深腔，所(suo)述(shu)蓋板(ban)(ban)與(yu)所(suo)述(shu)基底鍵(jian)合并且各所(suo)述(shu)mems像(xiang)(xiang)元(yuan)(yuan)結(jie)構被(bei)一一對應地封裝在(zai)各所(suo)述(shu)深腔中；所(suo)述(shu)蓋板(ban)(ban)上(shang)正對各所(suo)述(shu)mems像(xiang)(xiang)元(yuan)(yuan)結(jie)構的(de)(de)部分均為超透鏡結(jie)構。

3、作為實施方式(shi)之一，所述mems像(xiang)元結構上設置有(you)紅(hong)外(wai)吸收增強結構。

4、作為(wei)實施(shi)方式(shi)之一，所述(shu)紅外吸收增強結構(gou)為(wei)傘狀結構(gou)。

5、作為(wei)實(shi)施方式(shi)之(zhi)一，所述紅外吸收(shou)(shou)增強(qiang)結構的頂面上(shang)設置(zhi)有用于增強(qiang)紅外吸收(shou)(shou)的金屬層。

6、作為(wei)實施方式之(zhi)一，所述超透(tou)鏡結構(gou)的(de)表面設置(zhi)有紅(hong)外增透(tou)膜。

7、作為(wei)實施(shi)方式之一，所(suo)述超透鏡結(jie)構為(wei)平凸透鏡結(jie)構。

8、本發明還提供一種以上任一項(xiang)所(suo)述的(de)集成超透鏡的(de)紅外探測器的(de)制(zhi)作方法，包括(kuo)如下步驟：

9、s1、在基(ji)底上(shang)制作多(duo)個mems像元結構；

10、s2、在蓋板(ban)上刻蝕出多個(ge)深腔；

11、s3、將(jiang)(jiang)(jiang)所(suo)(suo)述(shu)基底(di)與所(suo)(suo)述(shu)蓋(gai)板(ban)鍵(jian)合，再(zai)將(jiang)(jiang)(jiang)所(suo)(suo)述(shu)蓋(gai)板(ban)上正(zheng)對各所(suo)(suo)述(shu)mems像(xiang)元(yuan)結(jie)構的(de)部分制(zhi)成(cheng)超(chao)透鏡(jing)結(jie)構；或者先將(jiang)(jiang)(jiang)所(suo)(suo)述(shu)蓋(gai)板(ban)上正(zheng)對各所(suo)(suo)述(shu)mems像(xiang)元(yuan)結(jie)構的(de)部分制(zhi)成(cheng)超(chao)透鏡(jing)結(jie)構，再(zai)將(jiang)(jiang)(jiang)所(suo)(suo)述(shu)基底(di)與所(suo)(suo)述(shu)蓋(gai)板(ban)鍵(jian)合。

12、作為(wei)實施方式之一，步驟s1具(ju)體包(bao)括(kuo)以下步驟：

13、s11、在基底上沉積第一犧牲層(ceng)，再在所述第一犧牲層(ceng)上制作(zuo)多個mems像元結構；

14、s12、釋放所述第一犧牲層。

15、作(zuo)為實施方式之一，步驟(zou)(zou)s11和步驟(zou)(zou)s12之間還(huan)包括如(ru)下步驟(zou)(zou)：在(zai)所述mems像(xiang)元結構上沉積第(di)(di)(di)二犧(xi)牲(sheng)層(ceng)(ceng)，在(zai)所述第(di)(di)(di)二犧(xi)牲(sheng)層(ceng)(ceng)上刻蝕出凹槽，在(zai)所述凹槽中以及所述第(di)(di)(di)二犧(xi)牲(sheng)層(ceng)(ceng)上沉積紅外吸(xi)收(shou)增強(qiang)結構材料并圖形(xing)化(hua)，制作(zuo)紅外吸(xi)收(shou)增強(qiang)結構；并在(zai)步驟(zou)(zou)s12中釋放所述第(di)(di)(di)二犧(xi)牲(sheng)層(ceng)(ceng)。

16、作為(wei)實施(shi)方(fang)式(shi)之一，步驟s3中采用灰度光刻或者熱(re)回流法對所(suo)述(shu)蓋板上背向所(suo)述(shu)基(ji)底(di)的一面進行(xing)處理，在所(suo)述(shu)蓋板上正對各所(suo)述(shu)mems像元結構的位置處分別(bie)形成超透鏡結構。

17、與現有技術相比，本發明(ming)具有以下有益(yi)效(xiao)果：

18、(1)本發(fa)明通過將蓋(gai)板上正對各mems像(xiang)元結(jie)構的部分制成超透鏡結(jie)構，可極大提(ti)高像(xiang)元紅(hong)外吸收(shou)率；

19、(2)本(ben)發明將透(tou)鏡(jing)結構充當窗口，并與(yu)像元結構集成，可以使器(qi)件(jian)集成度高、尺寸(cun)減小，成本(ben)降低；

20、(3)與現有像素(su)級封(feng)(feng)(feng)裝相比，本發明采用鍵合工藝無需(xu)封(feng)(feng)(feng)孔，可避免像素(su)級封(feng)(feng)(feng)裝時封(feng)(feng)(feng)孔困難導致(zhi)真空度難以保(bao)持的問題(ti)；

21、(4)本(ben)發明通過蓋帽與基底進行晶圓級鍵合來(lai)實現單個像(xiang)素(su)的(de)封裝，可實現大批(pi)量生產。

技術特征：

1.一(yi)種集(ji)成超(chao)(chao)透鏡的紅外探測(ce)器，包括基底(di)以及蓋(gai)板(ban)，所(suo)述(shu)(shu)(shu)基底(di)上(shang)設置(zhi)有多個mems像(xiang)(xiang)元(yuan)結構，其特(te)征在(zai)于：所(suo)述(shu)(shu)(shu)蓋(gai)板(ban)上(shang)設置(zhi)有多個深腔，所(suo)述(shu)(shu)(shu)蓋(gai)板(ban)與(yu)所(suo)述(shu)(shu)(shu)基底(di)鍵(jian)合并且各所(suo)述(shu)(shu)(shu)mems像(xiang)(xiang)元(yuan)結構被一(yi)一(yi)對應地封裝在(zai)各所(suo)述(shu)(shu)(shu)深腔中(zhong)；所(suo)述(shu)(shu)(shu)蓋(gai)板(ban)上(shang)正(zheng)對各所(suo)述(shu)(shu)(shu)mems像(xiang)(xiang)元(yuan)結構的部(bu)分均為超(chao)(chao)透鏡結構。

2.如權利要求(qiu)1所(suo)述(shu)的集成(cheng)超透(tou)鏡的紅外(wai)探(tan)測器，其特征在于：所(suo)述(shu)mems像元(yuan)結(jie)構上設置有(you)紅外(wai)吸收增強結(jie)構。

3.如權利要求2所述的集成超(chao)透鏡的紅外探(tan)測(ce)器，其特征在(zai)于：所述紅外吸收增強結構為傘狀(zhuang)結構。

4.如權利要求(qiu)3所(suo)(suo)述的(de)集成(cheng)超透鏡的(de)紅(hong)外探測器，其(qi)特(te)征(zheng)在于：所(suo)(suo)述紅(hong)外吸收增(zeng)(zeng)強結構的(de)頂面上設(she)置(zhi)有用于增(zeng)(zeng)強紅(hong)外吸收的(de)金屬(shu)層。

5.如權利要求1所述(shu)的集成超透鏡(jing)的紅(hong)外探測器，其特征在于：所述(shu)超透鏡(jing)結構(gou)的表(biao)面(mian)設(she)置有(you)紅(hong)外增透膜(mo)。

6.如權利要求1所述的(de)集成(cheng)超透鏡的(de)紅外探測器，其特征在于：所述超透鏡結(jie)構(gou)為平凸(tu)透鏡結(jie)構(gou)。

7.一種權(quan)利要求1-6任一項所(suo)述的(de)集(ji)成(cheng)超透鏡(jing)的(de)紅外探測器(qi)的(de)制作方法(fa)，其(qi)特(te)征在于，包括如下步(bu)驟：

8.如權利(li)要求7所述的制(zhi)作(zuo)方(fang)法，其特征在(zai)于(yu)：步驟s1具(ju)體包括以(yi)下步驟：

9.如(ru)權利要求8所(suo)(suo)述(shu)(shu)的制作方法，其特征在于：步(bu)(bu)驟(zou)s11和步(bu)(bu)驟(zou)s12之(zhi)間還包括如(ru)下步(bu)(bu)驟(zou)：在所(suo)(suo)述(shu)(shu)mems像元(yuan)結構上沉積第(di)二犧牲層(ceng)(ceng)，在所(suo)(suo)述(shu)(shu)第(di)二犧牲層(ceng)(ceng)上刻蝕(shi)出凹(ao)槽，在所(suo)(suo)述(shu)(shu)凹(ao)槽中以及所(suo)(suo)述(shu)(shu)第(di)二犧牲層(ceng)(ceng)上沉積紅(hong)外吸(xi)收增(zeng)強(qiang)(qiang)結構材料并圖形化，制作紅(hong)外吸(xi)收增(zeng)強(qiang)(qiang)結構；并在步(bu)(bu)驟(zou)s12中釋(shi)放所(suo)(suo)述(shu)(shu)第(di)二犧牲層(ceng)(ceng)。

10.如權(quan)利要求7所(suo)(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)的(de)制(zhi)作方法，其(qi)特征在(zai)于：步驟s3中(zhong)采(cai)用灰(hui)度光刻或者熱回(hui)流法對所(suo)(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)蓋板(ban)上(shang)背(bei)向所(suo)(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)基底的(de)一面進行處理，在(zai)所(suo)(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)蓋板(ban)上(shang)正對各所(suo)(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)mems像元(yuan)結構的(de)位置處分別形成(cheng)超(chao)透鏡結構。

技術總結
本發明涉及紅外探測器技術領域，具體涉及一種集成超透鏡的紅外探測器及其制作方法，包括基底以及蓋板，所述基底上設置有多個MEMS像元結構，所述蓋板上設置有多個深腔，所述蓋板與所述基底鍵合并且各所述MEMS像元結構被一一對應地封裝在各所述深腔中；所述蓋板上正對各所述MEMS像元結構的部分均為超透鏡結構。本發明通過將蓋板上正對各MEMS像元結構的部分制成超透鏡結構，并將透鏡結構充當窗口與像元結構集成，不僅可以極大提高像元紅外吸收率，而且可以使器件集成度高、尺寸減小，成本降低，同時采用鍵合工藝對單個像元進行封裝，無需封孔，可避免像素級封裝時封孔困難導致真空度難以保持的問題。

技術研發人員：黃晟,黃立,王穎,方明,汪超,王春水
受保護的技術使用者：武漢高芯科技有限公司
技術研發日：
技術公布日：2024/9/2